如何应用瞬态热测试技术进行质量检测
本文摘要（由AI生成）：
本文主要介绍了如何应用瞬态热测试技术进行质量检测。首先简单说明了电子产品散热方案的多层材料结构以及质量检测的重要性，然后解释了热测试的原理和传统检测手段的局限性，引出瞬态热测试技术的优势和应用。接着通过 IGBT 散热装置的实例，详细介绍了瞬态热测试技术在实际中的应用步骤和方法，包括实验计划、数据分析、建立数据模型、确定数据格式和接口以及开发专用设备等。最后总结了瞬态热测试技术在质量检测方面的重要意义和广阔前景。
如何应用瞬态热测试技术进行质量检测
电子产品的散热方案一般都是多层材料结构，其层于层之间的结合部分，通常是质量的薄弱环节。在生产的流水线上，如果能在工序之间，在必要的环节上，添加质量检测的工序，可以避免因为质量问题被隐藏而导致的产品不合格。 热测试作为一个检测的手段，很早就被应用于质量检测，其原理即是当产品质量问题在产品的散热路径上时，会导致产品上电后的温升变大。而早期的测量一般是通过稳态技术，加热一定的时间，通过测量芯片的电压值的漂移来判断是否有质量问题。 当产品的热容很大时（相对于热源功率），检测需要很长时间；
电压的漂移值受环境温度的影响，测试误差较大；
被测芯片存在一定的散差，最终数据是综合体现，也会增加数据的误差；
由于热传导是多维的，当质量问题对整个温度场影响不大时，不容易被检测出来。
瞬态热测试技术是以高频采样信号，连续采集结温信息，得到结温随着时间变化的曲线（参考JESD 51-14的标准，或者文章《热测试（二）——瞬态热测试与结构函数》）。由于瞬态热测试技术得到的数据都有时间坐标，关注的是温度随时间的变化，因而不仅仅可以测出质量问题，还可以根据温度变化数据，在散热路径上对质量问题做准确定位。 在时间上，温度的变化一开始很剧烈，后面逐步变缓，一般采用对数轴去观测温度的变化会比较清楚。所有在Zth坐标系，横轴的时间轴是对数轴。图一 TO封装的IGBT的散热装置示意图
如上图所示，为IBGT的散热装置。1为散热器腔体，2是TO封装的IGBT，3是IGBT和腔体的接触面，4为散热腔体平面。通过焊接将TO封装的IGBT固定在散热器平面上，为了保证固定效果，用一定弹力的夹子，将IGBT和散热器夹在一起。 对此装置做瞬态热测试，输出IGBT的Zth曲线。实验计划基于两组参数的是正交实验，一组是夹紧力的大小，另外一组是腔内气体的流速，交叉实验条件，加热时长600s，得到四组曲线，从上到下分别是低流速，低夹紧力；高流速，低夹紧力；低流速，高夹紧力；高流速，高夹紧力，如下图： 图二 IGBT的Zth曲线
从上图可以看出，夹紧力的变化，其Zth的分离点发生在100ms-1s之间，而流速的变化，其Zth的分离点发生在1s-10s之间，那么我们就可以得出这样的结论，用100ms-1s之间的数据，我们可以检测由于装夹导致的质量问题，而1s-10s之间的数据，可以用来检测焊接质量问题。 当然要做到在产线上自动化检测，还需要做以下几件事情： 用瞬态热测试设备对被测样品的散差做数据摸底，包括K系数，结构函数，Zth等等，以确定热测试数据是否可以用来做质量检测，显然如果样品的散差太大，影响到热测试结果数据时，便无法去用这种方法去做质量检测；
确定将检测的质量问题，必须发生在被测样品的散热路径上；
分别制备不同质量等级的样品，通过瞬态热测试技术，做出相应数据模型，包括测试条件，夹具设计，判定标准等；
确定数据格式，以及质量检测系统与MES系统的接口；
根据生产节拍要求，开发专用质量检测设备（包括软件）；
系统调试，完成质量检测的自动化。
基于瞬态热测试技术，也可以开发检测供应商产品质量的设备，检测工艺问题的设备，检测半成品特征参数的设备等等。其开发逻辑和步骤和质量在线检测系统类似——建立热模型和被检测目标的关系，在这里就不一一枚举。 图三 在线检测的物理逻辑
在这些应用当中，热测试已经不再是一个工程目标，而是一个工程手段。运用先进的技术，结合现有的问题，尝试一种更高效，高可靠性，低成本的解决方案。 长期以来，瞬态热测试技术主要应用于产品热设计方案的研发，结合仿真技术为产品优化热设计方案，设备应用也主要处于实验室阶段。而且，瞬态热测试设备对使用者也有一定的要求，导致该技术在行业中难以推广，应该说并没有发挥出该技术的巨大潜力。质量检测或者在线检测，无疑是瞬态热测试技术在工程应用上一次质的飞跃，尽管还有很多实际的应用技术需要去探索，行业中也没有相应的标准，但如果有行业的支持，大家的努力，可以预见，随着越来越多的应用落地，数据和模型将会越来越完善，瞬态热测试技术也会充分展示其难以拒绝的魅力，为整个行业带来巨大的机会和商业价值。
